橢圓形封頭帶飛邊時直徑 , 相對厚度越大, 坯料邊緣穩(wěn)定性 越好, 切向壓應(yīng)力只能使板邊變厚;相對厚度越小,對板邊縱向彎曲抗力越小, 易喪失穩(wěn)定而起皺。此 外,熱沖時板坯料加熱溫度不均、 模具間隙及下模圓角太大、 坯料劃、 碰傷嚴(yán)重、 壓邊力太小或不均等都 能產(chǎn)生皺折和鼓包。坯料產(chǎn)生皺折后,很難通過陰、 陽模具間的間隙, 容易被拉斷。 即使通過陰、 陽模,皺折也無法消除,會影響橢圓形封頭質(zhì)量。 高碳鋼和普通低碳鋼橢球體橢圓形封頭不起皺折條件

　　為:

　　Dp - Dm < ( 1 ～20) t ( 6)

　　Dp——坯料直徑,

　　Dm——拉深后大口直徑,

　　t——橢圓形封頭壁厚。

　　對某直徑∀1 000 容器橢圓形封頭,初期沖壓過程中皺 折和鼓包現(xiàn)象嚴(yán)重, 按公式( 6) 計算 Dp - Dm=1 400- ( 1 000+ 50+ 76×2) = 198> 20t 容易產(chǎn)生 皺折和鼓包, 所以對模具進(jìn)行了完善,采用增加壓邊圈的方法解決,設(shè)計了帶壓邊圈的模具如圖3 所示,沖壓時利用壓力機(jī)邊缸給壓邊圈一定壓力, 沖前使 用適量的潤滑油等措施,減少并 終避免了鼓包和皺折現(xiàn)象的發(fā)生。為了校正橢球橢圓形封頭體型面增加了底拖 用于校形工序,使橢球體型面良好過渡;設(shè)計了陰模 直口與陰模拖直口,裝配時用壓板螺栓定位,從而保 證了陰模與陰模拖的同軸度。

　　2. 2　凹模圓角半徑R凹 的確定 一般來說, R凹 盡可能取大些,大的R凹 可以降低 極限拉深系數(shù),減少沖壓時摩擦阻力、 提高材料的流動性, 從而提高橢球體表面質(zhì)量,但是R凹 過大時會削弱壓邊圈的作用, 引起起皺和鼓包現(xiàn)象; R凹 過小 時使材料流動性降低,使橢圓形封頭表面質(zhì)量降低甚至產(chǎn) 生龜裂形成裂紋源, 導(dǎo)致橢圓形封頭被拉裂,還會降低模具的使用壽命,因此R凹 的大小要適當(dāng)。橢球體凹模圓 角半徑可以參考公式:

　　R 凹 = C1C2t ( 7)

　　C1——考慮材料的力學(xué)性能系數(shù),對于軟鋼、 硬 鋁C1= 1; 對于純銅、 黃銅、 防銹鋁, C1=

　　0. 8;對于406 高強(qiáng)度鋼取C1= 1. 2～1. 5

　　C2——考慮板料厚度與拉深系數(shù),取5～6. 5

　　R 凹 = 1. 2 ×5 ×4 = 24mm

　　考慮406 鋼沖壓性能及工件使用性能取R凹 =25mm,經(jīng)過實(shí)際使用該圓角半徑可行。

　　圖 4　凹模圓角半徑的選取

　　2. 3　模具間隙的確定

　　一般來說,橢圓形封頭間隙過小會增大沖壓時摩擦阻力、 降低材料的流動性,降低工件表面質(zhì)量、 使工件拉伸后 變得 薄,甚至產(chǎn)生龜裂形成裂紋源,導(dǎo)致橢圓形封頭表面 拉裂,降低模具使用壽命;間隙過大沖壓時摩擦阻力會減小、 材料的流動性增大,引起皺褶和鼓包現(xiàn)象,因此模具間隙大小要適當(dāng), 間隙Z 一般取( 1～1. 1t ) ,考慮406 鋼沖壓性能、 工件表面質(zhì)量、 模具使用壽命及工藝 性要求, 取間隙Z 為4. 4mm。 3　拉深次數(shù)的確定 拉深次數(shù)和拉深量是沖壓工藝編制中的關(guān)鍵點(diǎn) 之一,直接關(guān)系到拉深件的質(zhì)量和拉深工作的經(jīng)濟(jì)性。理論計算: 拉深次數(shù)決定于每次拉深時允許的 極限變形程度,拉伸系數(shù)m 是衡量拉深變形程度的一個重要的工藝參數(shù):拉伸系數(shù)。 m——每次拉深后工件直徑Dz 與拉深毛坯D0的比值m= Dz/ D0

　　代入Dz= 1 000- 4= 996

　　D0= 1. 175Dz+ 2×35+ 25×2+ 70×2= 1 400

　　得: m= 0. 7115

　　板料一次拉深 小拉深系數(shù)m0, 30CrMnSiA 拉 深系數(shù)0. 62～0. 70, 406 鋼經(jīng)過球化退火后材料沖 壓性能大大改善, 一次拉深 小拉深系數(shù)應(yīng)小于 0. 7, 因此m> m0,即該橢圓形封頭可以一次拉深成型。 為了節(jié)省成本縮短生產(chǎn)周期我們采用了, 一次沖壓拉伸 到深度300mm, 退火后沖壓校形并拉深至要求尺 寸。

　　結(jié)論

　　橢圓形封頭沖壓過程中,計算好板料毛坯尺寸、 設(shè)計模 具時選擇合適的模具整體結(jié)構(gòu),計算好陰模過渡圓 角,設(shè)計、 計算好拉深次數(shù),確定好模具間隙, 根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況確定壓邊力等基礎(chǔ)性控制點(diǎn), 沖壓加工前對 板料進(jìn)行認(rèn)真的清理,對模具和橢圓形封頭上的劃、 碰傷及 時修磨,添加適量的潤滑油等措施, 能生產(chǎn)出合格的橢圓形封頭。

　　壓力容器的生產(chǎn)中,橢圓形封頭的沖壓加工成型是 基礎(chǔ)的工序之一,沖壓模具的設(shè)計在橢圓形封頭沖壓加工

　　中起決定性的作用, 筆者對超高強(qiáng)度鋼( 406 鋼) 薄 壁橢圓形封頭沖壓過程中的技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)采取的工藝措施 作進(jìn)行了簡要分析。

　　1　技術(shù)要求及技術(shù)要點(diǎn)分析

　　1. 1　技術(shù)要求 某容器前、 后半橢球體材料為406 鋼, 板料厚

　　4. 0mm,
b= 640MPa,
0. 2= 43MPa, 沖壓后橢球橢圓形封頭體 外型面長半徑和短半徑之比k= a∶b=500∶250=2∶1,如圖1 所示,與外型面切面檢測樣板不貼合間隙 t, 型面處不大于2mm; 直線段部位不大于1. 5mm,橢圓形封頭表面劃傷、 碰傷、 拉痕、 麻坑等表面缺陷不得大于0. 1mm, 不得有裂紋。

　　1. 2　板料下料尺寸計算 沖壓板料毛坯尺寸過大將導(dǎo)致橢圓形封頭沖壓過程中

　　主缸壓力增大,橢圓形封頭直線段部位減薄嚴(yán)重, 甚至產(chǎn)生 龜裂成為裂紋源, 誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生;沖壓板料毛坯尺 寸過小導(dǎo)致所需壓邊力過大, 當(dāng)設(shè)備壓邊力不夠大時沖壓過程中板料流動過快 會引起鼓包、 皺折的 產(chǎn)生。橢圓形封頭展開料尺寸推導(dǎo)如下:

　　圖 2　橢圓曲面表面積計算尺橢圓形封頭沖壓時坯料外緣的壓縮量 ,其值為:

　　△L = ! ( Dp - Dm) ( 5)

　　Dp——坯料直徑,

　　Dm——拉深后大口直徑(帶飛邊)

　　此壓縮量向橢圓形封頭三個方向流動:
向垂直于拉深方向的切向流動,增加邊緣厚度;  拉深時向中心流 動,補(bǔ)充徑向拉薄; 向外自由伸長, 即徑向擴(kuò)大。 由 于徑向流動阻力小,所以向外伸長往往較大。 如果坯 料較薄或模具不當(dāng)、 工藝不當(dāng),使橢圓形封頭在拉延過程中其變形區(qū)切向壓應(yīng)力大于徑向拉應(yīng)力時, 會喪失 穩(wěn)定而產(chǎn)生皺折或鼓包。影響皺折產(chǎn)生的主要原因 是坯料的橢圓形封頭相對厚度t / Dm ( t 板料厚度, Dm 拉深